Module 3 : la formule moléculaire Date : Rappel: La molécule est la plus petite partie possible de toute matière, et qui garde toutes les propriétés de cette matière donc sans en changer la composition chimique. Les atomes d or ne brillent pas? Les molécules sont formées d atomes; deux cas possibles: Si elles contiennent une sorte d atome: c est un corps simple, Si elles contiennent des atomes différents: c est un corps composé. LES MOLÉCULES LEJ : Chimie 3 ème 1 M. Friad et Mme Vanden Abeele
A. Formules La molécule se représente au moyen d une formule qui indique la nature des différents atomes qui constituent cette molécule. 1. Formule de structure Diazote dioxygène dihydrogène eau dioxyde de carbone Déjà rencontrée dans les leçons précédentes. Ce type de formule indique clairement comment les atomes sont reliés, le nombre de liaisons, la valence de chaque atome. (voir valence ci-dessous) 2. Formule globale La plus employée. C est une suite de lettres = suite de symboles des atomes contenus dans la molécule dans un certain ordre (voir plus loin)! Chaque symbole est suivi d un indice qui indique le nombre d atomes, le 1 ne s écrivant pas. Exemples: 0 2 H 2 N 2 H 2 0 C0 2 NaCl H 2 S0 4 FeCl 3 Certaines molécules peuvent contenir plusieurs fois un même groupe d atomes associés; ce groupement est placé entre ( ) et l indice vaut pour tous les atomes de la ( ). Exemples: Ca(OH) 2 Ca(NO 3 ) 2 Fe 2 (S0 4 ) 3 LEJ : Chimie 3 ème 2 M. Friad et Mme Vanden Abeele
Exercice: Combien d atomes au total renferment les molécules suivantes et combien de chaque sorte? MgCl 2 NH 3 Fe 2 0 3 H 2 SO 4. Pb(ClO 3 ) 2 C 6 H 12 O 6 ZnC0 3 Al 2 0 3 (NH 4 ) 3 P0 4 KHCO 3 Ba(OH) 2 KCl0 4 K 2 Cr 2 0 7 CuSO 4 Al 2 (S0 3 ) 3 Ca 3 (P0 4 ) 2 LEJ : Chimie 3 ème 3 M. Friad et Mme Vanden Abeele
B. NOTION DE VALENCE De l électrolyse de l eau, on peut déduire : Une molécule d eau est formée de deux atomes d hydrogène (H) et d un atome d oxygène (O). 1 atome d oxygène s unit à 2 atomes d hydrogène De même, d autres expériences pourraient montrer que a) Une molécule de chlorure d hydrogène est formée d un atome d hydrogène (H) et d un atome de chlore (Cl). 1 atome de chlore s unit à 1 atome d hydrogène atome d azote (N). b) Une molécule d ammoniac est formée de trois atomes d hydrogène (H) et d un 1 atome d azote s unit à 3 atomes d hydrogène d H c) Une molécule de méthane (grisou) est formée de quatre atomes d hydrogène (H) et d un atome de carbone (C). 1 atome de carbone s unit à 4 atomes d hydrogène Conclusion : Puisque 1 atome d hydrogène s unit à 1 atome de chlore, on dit que les éléments hydrogène et chlore ont même valence. On pose (la démonstration interviendra plus tard) la valence de l hydrogène= I ou Hydrogène : Monovalent Chlore < HCl élément monovalent Oxygène < H 2 O élément bivalent Azote < NH 3 élément trivalent Carbone < CH 4 élément tétravalent Définition :Valence d un élément: nombre d atomes d hydrogène qui se combinent à 1 atome de cet élément. LEJ : Chimie 3 ème 4 M. Friad et Mme Vanden Abeele
Mais tous les éléments ne se combinent pas à l élément hydrogène. Dans ce cas, on choisit un autre élément de référence monovalent, par exemple : le chlore. Valence d un élément : nombre d atomes d hydrogène ou de chlore qui se combinent à 1 atome de cet élément. NaCl Chlorure de sodium Sodium élément monovalent MgCl 2 Chlorure de magnésium Magnésium : élément bivalent AlCl 3 Chlorure d aluminium Aluminium élément trivalent TABLEAU DES VALENCES DES PRINCIPAUX ELEMENTS Valence I Valence II Valence III Valence IV Ag Cu Hg Au K Na Ba Ca Cr Cu Sn Fe Mg Mn Hg Ni Pt Pb Zn Al Cr Fe Au Sn Pt Pb U Br (III,V,VII) Cl (III,V,VII) I (III,V, VII) O S (IV, VI) N (V) P (V) Si C On remarquera que certains éléments peuvent manifester plusieurs valences. Exemples: SnCl 2 (chlorure d étain Il) SnCl 4 (chlorure d étain IV) FeCl 2 (chlorure de fer Il) FeCl 3 (chlorure de fer III) Les valeurs des valences rajoutées entre ( ) n interviennent que dans les combinaisons avec l élément oxygène. Convention: la valence s écrit en chiffre romain une fois qu un atome se voit attribuer une valence, il aura toujours la même valence pour qu une molécule soit stable et complète, il ne peut y avoir de liaison non occupée LEJ : Chimie 3 ème 5 M. Friad et Mme Vanden Abeele
Remarque: nous avons déjà rencontré des groupements particuliers d atomes. Ces groupements sont placés entre ( ) dans les formules. Comme les atomes, les groupements ont aussi une valence. Si on observe les molécules suivantes : H(N0 2 ) H 2 (C0 3 ) H 3 (P0 4 ) on conclut logiquement : le groupement (N0 2 ) se lie avec 1 atome H, le groupement (C0 3 ) se lie avec 2 atomes H, Le groupement (P0 4 ) se lie avec 3 atomes H, sa valence est I sa valence est III sa valence est II TABLEAU DES VALENCES DE QUELQUES GROUPEMENTS Valence I Valence II Valence III Fluorite (F0 2 ) Fluorate (F0 3 ) Chlorite (Cl0 2 ) Chlorate (ClO 3 ) Bromite (Br0 2 ) Bromate (BrO 3 ) Iodite (I0 2 ) Iodate (I0 3 ) Nitrite (N0 2 ) Nitrate (N0 3 ) Ammonium -(NH 4 ) Hydroxyle -(OH) Sulfite =(S0 3 ) Sulfate =(S0 4 ) Carbonate =(C0 3 ) Phosphite =(P0 3 ) Phosphate =(P0 4 ) LEJ : Chimie 3 ème 6 M. Friad et Mme Vanden Abeele
COMMENT ALORS ETABLIR LA FORMULE D UNE MOLECULE? Exemple : Etablissons la formule de la molécule formée d azote et d oxygène. Il existe deux possibilités 1. Méthode de la structure On représente la valence de chaque atome par un tiret et l on imbrique autant d atomes qu il est nécessaire pour que toutes les valences soient utilisées. Une valence de l azote reste vacante; un autre atome d oxygène s y fixe et l on a Une valence de l oxygène est inoccupée un nouvel atome d azote s y lie La présence d un troisième atome d oxygène s avère nécessaire pour compléter la molécule ou N 2 O 3 LEJ : Chimie 3 ème 7 M. Friad et Mme Vanden Abeele
2. Méthode du p.p.c.m. On voit en effet que pour utiliser toutes les valences de l azote et de l oxygène, il faut établir un nombre de liaisons qui soit le plus petit commun multiple des deux valences, Il sera donc possible de trouver plus rapidement la formule de la molécule. Symbole Valences ppcm indices ce que l on peut écrire soit N 2 0 3 Autres exemples P et O donnent P 2 0 5 Al et Cl donnent AlCl 3 Les indices trouvés se prêtent parfois à une simplification, par exemple C et 0 donnent C 2 0 4 que l on peut écrire CO 2. En réalité, la méthode de structure prévoit LEJ : Chimie 3 ème 8 M. Friad et Mme Vanden Abeele
Exercices Ecrire les solutions en face, sur la page de gauche. 1 Trouver les formules de la molécule contenant Al et O 2 Trouver les formules de la molécule contenant Pb IV et O 3 Trouver les formules de la molécule contenant Na et S0 4 4 Trouver les formules de la molécule contenant Ba et P0 4 6 Quelle est la valence du phosphore dans la molécule où 2 atomes P sont combinés avec 5 atomes O? 7 Déduire la valence du Chrome dans: MgCrO 4 Cr 2 0 3 CrI 2 8 Quelle est la valence du Manganèse dans Mn02 KMn0 4 MnCl 2 LEJ : Chimie 3 ème 9 M. Friad et Mme Vanden Abeele
Encore un peu de nourriture pour mes cellules grises Trouver la formule de structure ET la formule globale des molécules formées des atomes et/ou des groupements suivants: Mg et Cl H et C0 3 Fe et O K et OH Na et P0 4 C et O Fe et ClO 3 Ag et NO 3 Cu et S0 4 Ca et S0 3 Fe et PO 4 Al et N0 3 Fe et Cl0 3 Ca et PO 3 Cu et S LEJ : Chimie 3 ème 10 M. Friad et Mme Vanden Abeele